红外与激光工程
2025, 54(6): 20240602
1 西南技术物理研究所,四川 成都 610041
2 重庆大学 光电工程学院,重庆 400044
3 军事科学院防化研究院,北京 102205
烟幕以其施放方式简单、效费比高等优点成为了现代战场的主要干扰手段之一,但目前针对烟幕干扰效能评估的方法较少,且缺少定量评估手段。本文提出了基于图像特征的烟幕干扰效能评估方法(HD-EEMSSJ),通过外场试验获取了真实试验数据并对该方法评估效果进行测试。该方法从导引头跟踪机制出发,将图像的方向梯度直方图特征、深度特征、余弦相似度以及亮度特征进行加权融合,得出定量化的评估结果HD-EEMSSJ指数,该指数能够更加准确且敏锐地体现出烟幕的动态干扰情况,为后期干扰效果的分级评定提供参考依据。经多组试验数据验证结果表明,HD-EEMSSJ指数对比传统的图像质量评估方法PSNR、RFSIM、SSIM以及本文提出的EEMSSJ方法具有更好的评估效果,准确性分别提高了533.15%、170.2%、26.4%和3.25%。
图像特征 烟幕干扰 效能评估 方向梯度直方图 image feature smoke screen jamming effectiveness evaluation directional gradient histogram
1 军事科学院 防化研究院,北京 102205
2 西南技术物理研究所,四川 成都 610041
3 国民核生化灾害防护国家重点实验室,北京 102205
烟幕在对抗精确制导**的应用中具有费效比高、施放简单的特点。针对目前缺少烟幕干扰效能定量评估方法的现状,依据红外导引系统制导机理提出了一种基于图像灰度以及图像结构相似度的烟幕干扰效能评估方法。为提高跟踪误差-干扰成功率评估准则适用性,提出烟幕有效遮蔽概率指标。通过外场试验分析烟幕的动态干扰过程,并采用去均值的归一化积相关度(C2)与结构尺度相似度(SSIM)对试验数据进行量化分析,依据评价结果提出烟幕有效干扰量化评估准则。试验结果表明,基于图像质量评价以及烟幕有效遮蔽概率的评估方法均能定量评估烟幕干扰效果,当C2数值小于0.4或SSIM数值小于0.72时,红外导引系统丢失目标,烟幕干扰有效。对于装填纳米发烟材料和富含炭黑聚集体的发烟器材,烟幕有效遮蔽概率分别为0.503、0.659。
烟幕干扰 效能评估 图像质量 红外末制导 光电对抗 smoke jamming effectiveness evaluation image quality infrared terminal guidance opto-electronic countermeasure

1 中国航空工业集团公司第一飞机设计研究院机电系统设计研究所,陕西 西安 710089
2 天津大学微电子学院,天津 300072
3 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,安徽 合肥 230027
Overview: To address the challenges of traditional smoke detectors in identifying replaced smoke in the cargo hold of high-altitude, low-pressure aircraft, an innovative image-based fire-and-smoke detection system was developed using the domestic RK3588 embedded AI chip. This system employs an enhanced YOLOv5s detection algorithm tailored specifically for fire-and-smoke detection, incorporating several critical improvements to achieve high precision and operational efficiency. The backbone network of YOLOv5s is replaced with the lightweight GhostNet architecture, which significantly reduces computational requirements and the model’s parameter size, making it highly suitable for deployment on embedded devices with limited resources. To enhance feature extraction, a collaborative attention module is integrated between the backbone and the feature aggregation network, ensuring that critical features are captured effectively for better detection outcomes. In addition, the C3 structure in the feature fusion network is substituted with the VoV-GSCSP module. This modification not only enhances the integration of multi-scale features but also reduces computational complexity, enabling the system to handle high-resolution images more efficiently. To further optimize the system’s performance, the Slim-ASFF module is inserted between the feature fusion network and the detection head. This addition improves the combination of feature maps across varying scales, ensuring accurate detection of both small and large fire-and-smoke instances. The regression loss function is also updated by replacing the standard loss function with Focal EIOU. This improvement addresses challenges related to aspect ratio variations in the original loss function, enhancing the system’s ability to identify positive samples while reducing false alarms effectively. Experimental results on a self-constructed fire-and-smoke dataset demonstrate the system achieves a 2.0% increase in mean Average Precision at a 0.5 threshold (mAP50) and a 2.2% improvement at 0.5:0.95 thresholds (mAP50:95). These results demonstrate the algorithm’s effectiveness under challenging conditions, such as low light and high turbulence environments, making it highly reliable for real-world applications. The hardware of this system is centered around the RK3588 embedded processing board, which interfaces with a CMOS image sensor for real-time data acquisition. The processing board includes an RTSP streaming server, enabling the host computer to access the visual interface via the onboard LAN and an assigned IP address. Testing in a simulated cabin of 15 m × 8 m × 4 m demonstrated reliable performance, with flame alarms triggered within 10 seconds and smoke alarms within 20 seconds. All functional indicators met rigorous design specifications, confirming the system as a scalable, efficient, and reliable solution for fire-and-smoke detection in aircraft cargo holds. By combining advanced deep learning techniques, lightweight architectures, and optimized hardware, this system ensures compliance with the stringent demands of real-time monitoring in airborne environments.
RK3588 火灾检测 改进YOLOv5s 轻量化 RK3588 fire-and-smoke detection improvement of YOLOv5s lightweight
华东理工大学 信息科学与工程学院,上海 200237
识别出工业环境中的烟雾排放行为对于规范和实时监督企业,以及环境保护都具有至关重要的意义。然而,识别工业排放烟雾具有很高的挑战性,一方面工业排放烟雾具有高透明度、高动态性等特点;另一方面烟雾的形状和尺寸可能会因环境、光照等因素而发生变化。目前主流的烟雾识别方法都是基于图像或视频的深度学习模型,但是基于图像的模型无法对视频中烟雾的动态特性进行有效的时序建模,同时基于视频的模型没有考虑烟雾形状多变的特性。将随机块移位(random patch shift,RPS)和可变形注意力(deformable attention,DA)引入Swin Transformer。RPS将传统的2D空间注意力转变为时空注意力,从而使用2D的自注意力计算对动态烟雾进行建模;DA通过自适应形变的方式使网络能够适应不同的烟雾形态和外观变化,提高网络的鲁棒性和泛化能力。在RISE数据集上的实验结果表明,本文方法能够在3个子集上分别达到0.85、0.86和0.84的分数,相比其他方法有0.01~0.06的提升。
烟雾识别 随机块移位 可变形注意力 深度神经网络 smoke recognition random patch shift deformable attention deep neural network
1 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
2 浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室光及电磁波研究中心,浙江 杭州 310058
3 浙江大学宁波科创中心(宁波校区),浙江 宁波 315100
4 长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心,吉林 长春 130022
针对伴有烟雾的不均匀大气环境,建立了空地光通信的综合信道模型,并采用离散化的分层高度模型分析了上行链路与下行链路通信之间的差异。实验结果表明,高度分层达到六层以后可获得稳定的仿真性能。在不均匀大气烟雾环境下,光信号穿过近地面烟雾会使通信质量明显降低,并且下行链路受到的影响比上行链路更大。整体来说,上行链路的性能优于下行链路。接收孔径的增大对上行链路的性能改善比下行链路更为显著,接收孔径每增大,误码率降低一个数量级。而对于下行链路,接收孔径的增大反而会降低链路的通信性能。天顶角的增大会使得上行和下行链路的通信性能均降低。该研究结果可以为空地激光通信提供理论参考。
不均匀大气 烟雾 空地光通信 上行和下行链路 激光与光电子学进展
2024, 61(23): 2301002
1 军事科学院防化研究院,北京 102205
2 国民核生化灾害防护国家重点实验室,北京 102205
烟幕作为一种软防护性手段,在现代光电制导**的对抗中具有费效比高、研制方便的特点,因此准确、可靠地评价烟幕的遮蔽效果成为烟幕领域的重要研究问题之一。针对目前评价指标多而杂的现状,在对烟幕干扰作用机理进行阐述的基础上,从干扰波段、烟幕释放前后图像质量变化、烟幕作战性能三个方面,对现有烟幕干扰效果评估指标及方法进行了系统分析与总结,指出了其优劣、适用场合及局限性,为相关研究人员提供了思路和启发。为了更加适应实战复杂环境条件下烟幕的干扰效果评估,指出应从图像质量变化以及烟幕作战性能的角度对烟幕遮蔽效果进行评估,以期对发烟装备的作战使用与效能评估提供辅助策略。
烟幕 遮蔽能力 光电对抗 效果评估 图像质量 smoke screen masking effect opto-electronic countermeasure performance evaluation image quality
1 长治学院计算机系,山西 长治 046000
2 山西国科晋云信息产业有限公司,山西 太原 030002
在焦化企业生产过程中会产生大量烟雾,排放、泄漏会对自然环境造成污染危及生命生产安全。针对热成像视频对比度低、纹理度差等特点,本文采用烟雾具有运动与模糊特性来进行检测。提出计算每帧图像的噪点度来改进 Vibe 检测算法的固定阈值,从而可更完整地将移动目标区域检测出来。将整幅图像划分为块区域图像;结合运动区域来提取该区域内的模糊与噪点比值、FFT 计算模糊度所计算特征训练生成烟雾分类器;对实验视频进行检测,平均准确率达到 94.53%。结果表明,本文所提算法对焦化企业红外热成像视频烟雾检测的准确性和实时性,具有良好的抗干扰能力。
改进 Vibe 模糊烟雾特征 红外热成像 烟雾检测 improved Vibe fuzzy smoke features infrared thermal imaging smoke detection
1 华南师范大学信息光电子科技学院, 广州 510006
2 广州科易光电技术有限公司, 广州 510670
对于在火灾刚开始发生时,烟雾信息较弱且不明显的问题,提出了一种使用视频图像序列进行烟雾信息增强的技术。使用改进的ViBe 算法对整个视频进行检测,获得每帧图像的运动蒙板。采用去除离群值的帧间差分放大算法对烟雾信息进行放大。通过改进后的限制对比度的自适应直方图均衡化算法(CLAHE)来提高烟雾区域对比度,并使用合并蒙板保存烟雾信息,用翻转蒙板保留原始图像背景信息,最后进行烟雾区域与背景区域的融合,得到最终图像。实验结果表明,算法可以将烟雾泄漏区域的对比度进行较大程度的提高,并且由于融合了原始图像背景,因此,背景噪声也处于较低水平。
图像增强 烟雾视频 ViBe算法 限制对比度的自适应直方图均衡化 image enhancement smoke video ViBe algorithm contrast limited adaptive histogram equalization
在烟幕无源干扰试验中,烟幕对红外辐射源的有效遮蔽面积是评估和鉴定成烟装备综合性能的重要指标,由于烟幕的流动扩散性特点,其遮蔽面积的计算方法和标准已成为业界研究的难点和热点。通过对烟幕遮蔽面积和红外辐射点源衰减率的测量原理分析,推导出利用红外辐射点源的衰减率插值得到焦平面内衰减率空间分布的函数关系,列出了具体方法步骤,用红外辐射图像的插值效果进行了验证,当采样间隔大于20 倍像元间距时无法恢复红外烟幕轮廓,并根据插值效果推导了红外辐射点源阵列布设的最大有效距离。该方法可作为光电外场试验中红外辐射点源阵列布设的参考,具有较高的实用价值。
烟幕 衰减率 辐射源 遮蔽面积 插值 smoke screen attenuation radiation obscuration area interpolate